Wie funktioniert der Coriolis-Durchflussmesser?

Haben Sie sich jemals gefragt, warum die Windrichtung in Tiefdruckgebieten auf der Nordhalbkugel hauptsächlich Ost-West ist?

Die Antwort liegt in der Erdrotation-Die Erde dreht sich hauptsächlich nach Osten-West, und ihre Rotationsgeschwindigkeit ist in der Nähe des Äquators schneller als an den Polen. Diese Rotation bestimmt die Windrichtung und führt dazu, dass der Wind auf der Nordhalbkugel hauptsächlich von West nach Ost weht. Der französische Wissenschaftler Gaspard-Gustave de Coriolis entdeckte diesen Effekt von Seitenkräften auf strömende Luft und benannte ihn nach ihm als Coriolis-Effekt. Zunächst einmal ist es wichtig zu bedenken, dass der Coriolis-Effekt die Ablenkung strömender Luft in einem rotierenden System erklärt. Tatsächlich ist der Coriolis-Effekt ein Massenträgheitseffekt.

Der Coriolis-Effekt wird auch auf eine praktischere Anwendung angewendet: die Massendurchflussmessung von Gasen und Flüssigkeiten. Dazu wird die zu messende Flüssigkeit gezwungen, durch ein vibrierendes Rohr zu strömen. In einem Coriolis-Durchflussmesser versetzt ein Aktuator ein dünnes Rohr in kontinuierliche Schwingungen um seine Eigenfrequenz. Zwei entlang des Rohres angeordnete Sensoren messen die Auslenkung des Schwingrohres über die Zeit. Wenn keine Flüssigkeit durch das Rohr fließt, messen beide Sensoren im gleichen Moment die gleiche Auslenkung.

Wenn jedoch ein Gas oder eine Flüssigkeit durch das Rohr strömt, verursacht dessen Masse aufgrund der Trägheit der Flüssigkeit eine zusätzliche Verdrehung.

Der Unterschied zwischen diesen beiden Messungen wird als „Phasenverschiebung“ bezeichnet und misst direkt den Massendurchfluss durch das Rohr.

Die Phasenverschiebung ist direkt proportional zum Massendurchfluss: Je größer die Phasenverschiebung, desto größer der Massendurchfluss.

Auf dem Coriolis-Effekt basierende Massendurchflussmesser können viel mehr als das. -Sie können auch die Flüssigkeitsdichte messen!

Die Phasenverschiebung ist ein Maß für den Massendurchfluss, während die (natürliche) Schwingungsfrequenz ein Maß für die Flüssigkeitsdichte ist. Die Flüssigkeitsdichte beeinflusst die Schwingungsfrequenz des Rohrs: Dichtere Flüssigkeiten schwingen bei niedrigeren Frequenzen als weniger dichte Flüssigkeiten. Daher spiegelt die Schwingungsfrequenz direkt die Dichte der Flüssigkeit oder des Gases wider.

Massendurchfluss und Dichte können unabhängig voneinander mit demselben Gerät gemessen werden, was die Vielseitigkeit von Coriolis-Durchflussmessern unterstreicht.

Coriolis-Durchflussmesser messen direkt den Massendurchfluss. Die direkte Messung eliminiert Fehler, die durch die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit verursacht werden. Thermische Durchflussmesser hingegen können den Massendurchfluss nur indirekt messen. Diese grundlegenden Unterschiede in den Messmethoden wirken sich auf ihre typischen Anwendungen aus.

Thermische Massendurchflussmesser nutzen die Wärmekapazität der Flüssigkeit, um den Massendurchfluss zu messen. Zu ihren Kernkomponenten gehören eine Heizung und ein oder zwei Temperatursensoren. Die zum Heizen erforderliche Leistung (mit einem Sensor) bzw. die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sensoren ist proportional zum Massendurchfluss der Flüssigkeit. Thermische Massendurchflussmesser werden hauptsächlich für Gase eingesetzt.

Da das Coriolis-Prinzip den Massendurchfluss direkt misst, können Coriolis-Durchflussmesser sowohl für Gase als auch für Flüssigkeiten verwendet werden.

Coriolis-Durchflussmesser versetzen das Sensorrohr über einen Aktuator in Schwingungen. Äußere Schwingungen etwa gleicher Frequenz können die Messung stören.

Beispielsweise können in der Nähe befindliche Züge, Klimaanlagen in Gebäuden oder andere Maschinen Vibrationen erzeugen. Die Identifizierung dieser externen Vibrationsquellen ist der erste Schritt zur Minimierung ihrer Auswirkungen. Vibrationen können beispielsweise reduziert werden, indem der Coriolis-Durchflussmesser an einen weniger betroffenen Ort gebracht, das Gerät gedreht, ein (größerer) Masseblock verwendet oder Dämpfer und/oder flexible Schläuche zur Entkopplung verwendet werden.

Coriolis-basierte Massendurchflussmesser eignen sich besonders für die Messung des Massendurchflusses variierender oder unbekannter Gas- oder Flüssigkeitsgemische oder für die Messung überkritischer Gase. Diese Geräte messen nicht nur den Massendurchfluss direkt (wodurch strömungsphysikalische Fehler vermieden werden), sondern bieten auch eine extrem hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Coriolis-Durchflussmesser sind flexible, zuverlässige und äußerst genaue Durchflussmesser.

Coriolis-Durchflussmesser wurden erfolgreich eingesetzt, um die Genauigkeit der automatisierten Extraktion natürlicher Verbindungen aus Rohstoffen wie Pflanzen zu verbessern und dadurch die Extraktionsqualität zu verbessern. Hier kann eine selektive und präzise Extraktion durch Messung und Steuerung der Durchflussrate und Temperatur des überkritischen Kohlendioxids erreicht werden, wodurch wiederholbare Ausbeuten gewährleistet werden.